最新蛋白质凝胶机理
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一、实验目的1. 了解凝胶分离蛋白的基本原理和方法。
2. 掌握凝胶分离蛋白的实验操作步骤。
3. 通过实验,验证凝胶分离蛋白的可行性。
二、实验原理凝胶分离蛋白实验是利用凝胶的分子筛作用,根据蛋白质分子大小和形状的差异进行分离。
实验中,将蛋白质样品加入凝胶层析柱中,通过洗脱液的作用,使不同大小的蛋白质在凝胶中停留不同的时间,从而实现分离。
三、实验材料1. 凝胶层析柱2. 蛋白质样品3. 洗脱液4. 试剂:考马斯亮蓝、乙醇、乙酸、苯酚等5. 仪器:紫外分光光度计、凝胶成像系统、离心机等四、实验步骤1. 制备凝胶层析柱:将凝胶层析柱装满凝胶,确保凝胶紧密填充。
2. 准备蛋白质样品:将蛋白质样品与适量的洗脱液混合,使其成为均匀的溶液。
3. 加样:将制备好的蛋白质样品加入凝胶层析柱中。
4. 洗脱:用洗脱液对凝胶层析柱进行洗脱,收集不同时间的洗脱液。
5. 分析:将收集到的洗脱液进行考马斯亮蓝染色,用紫外分光光度计测定吸光度,分析蛋白质的分离效果。
6. 结果记录:记录实验过程中观察到的现象和结果。
五、实验结果与分析1. 蛋白质分离效果:通过考马斯亮蓝染色,观察到不同大小的蛋白质在凝胶层析柱中分离效果良好,表明凝胶分离蛋白实验成功。
2. 蛋白质纯度:根据洗脱液吸光度变化,分析蛋白质的纯度。
实验结果表明,分离得到的蛋白质纯度较高。
3. 实验误差分析:实验过程中可能存在的误差有凝胶层析柱制备不均匀、样品处理不当等。
为减小误差,应严格控制实验条件,提高实验精度。
六、实验结论凝胶分离蛋白实验成功实现了蛋白质的分离,证明了凝胶分离蛋白的可行性。
实验结果表明,凝胶分离蛋白具有操作简便、分离效果良好、纯度高等优点,是一种有效的蛋白质分离方法。
七、实验讨论1. 实验过程中,凝胶层析柱制备是关键步骤。
为提高分离效果,应确保凝胶层析柱制备均匀。
2. 实验过程中,样品处理对分离效果有较大影响。
应严格控制样品处理条件,提高实验精度。
3. 实验结果与分析表明,凝胶分离蛋白是一种有效的蛋白质分离方法,具有广泛的应用前景。
非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳实验原理,步骤
和结果分析
一、实验原理
非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳是一种常用的蛋白质分离和纯化技术,其原理基于蛋白质在凝胶电泳过程中受到凝胶孔隙大小及电场力的影响而发生迁移分离。
在非变性条件下,蛋白质保持其原有的构象,通过电泳进行分离。
二、实验步骤
1. 制备凝胶:首先准备非变性聚丙烯酰胺凝胶,通常是通过聚丙烯酰胺单体聚合成凝胶板。
2. 样品加载:将待分离的蛋白样品混合添加载体缓冲液,并加热变性处理,然后加载到凝胶槽中。
3. 电泳分离:将已加载样品的凝胶槽浸入电泳缓冲液中,施加电场进行电泳分离,蛋白质根据其分子大小及电荷迁移至不同的位置,最终形成条带。
4. 凝胶染色:分离完成后,应用染色方法将蛋白质条带可视化。
5. 结果分析:根据蛋白质条带的迁移位置以及染色效果,分析样品中含有的蛋白种类及相对含量。
三、实验结果分析
通过非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳实验,我们可以获得样品中蛋白质的分子量信息,并进一步分析样品中可能存在的杂质及纯度。
在电泳过程中,蛋白质根据其分子大小在凝胶中迁移的速度不同,从而实现了蛋白质的分离。
根据蛋白质在凝胶上的位置,我们可以对样品进行定性和定量分析,从而获得关于样品组成和含量的重要信息。
综上所述,非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳是一种简单有效的蛋白质分离技术,广泛应用于生物学和生物化学研究中。
通过实验结果的分析和解读,可以更好地了解样品中蛋白质的组成及结构,为进一步的实验研究提供重要参考。
SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳1. 引言SDS聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)是一种常用的蛋白质分离和分析方法。
通过SDS(十二烷基硫酸钠,Sodium Dodecyl Sulfate)将蛋白质变性并赋予负电荷,在凝胶电泳中,根据蛋白质的分子量大小,使蛋白质在电场中向阳极方向运动,从而实现蛋白质的分离。
SDS-PAGE广泛应用于蛋白质的分子量测定、复杂蛋白质混合物的分离、蛋白质组学研究等领域。
它具有简单易行、高分辨率、高灵敏度以及可以与其他技术(如质谱、Western blot 等)结合等优点。
本文将介绍SDS-PAGE的原理、实验步骤和关键注意事项,并提供相关的Markdown文本格式输出,以便读者在实验中参考。
2. 原理SDS-PAGE的原理基于SDS的作用。
SDS是一种带有负电荷的表面活性剂,能够使蛋白质在水溶液中均匀地带上负电荷,同时使蛋白质变性并展开成线性构象。
在电泳过程中,SDS包裹在蛋白质中,使蛋白质的电荷密度保持均一,从而使蛋白质的迁移速率仅与蛋白质的分子量有关,而与蛋白质的电荷无关。
SDS-PAGE通常在聚丙烯酰胺凝胶上进行。
聚丙烯酰胺是一种化学稳定性强的凝胶材料,通过聚合物的交联形成网状结构。
在凝胶电泳过程中,根据蛋白质分子量的不同,蛋白质能够在凝胶孔隙中以不同程度的速率迁移。
3. 实验步骤3.1. 制备凝胶1.准备1.5 M的Tris缓冲液,pH 8.8。
2.准备汀凝胶的原液,将30%丙烯酰胺溶液、1.5 MTris缓冲液和10%过硫酸铵按照体积比例(29:1:10)混合均匀。
3.快速加入TEMED(N,N,N’,N’-四甲基乙二胺)溶液至原液中,并迅速倒入凝胶模具中。
4.在凝胶模具上方加入异丙醇以防止凝胶表面生成凝胶。
3.2. 样品处理1.取适量的蛋白质样品。
2.加入相应的样品加载缓冲液(含有SDS和还原剂,以及测量样品体积比例的溶液)。
3.在冰上煮沸5分钟,使蛋白质样品变性并带上负电荷。
简述酪蛋白的酶凝机理。
酪蛋白是一种重要的蛋白质,广泛存在于乳制品中。
在乳制品加工过程中,酪蛋白的凝固是非常重要的一步。
酪蛋白的凝固是通过酶的作用实现的,这种凝固过程被称为酶凝。
酶凝是一种特殊的凝固过程,它是通过酶的作用使蛋白质分子聚集在一起形成凝胶的过程。
在酪蛋白的酶凝过程中,主要涉及到两种酶:凝乳酶和胰凝乳蛋白酶。
凝乳酶是一种特殊的酶,它只存在于哺乳动物的乳汁中。
凝乳酶能够将酪蛋白分子中的一些肽键断裂,使其分子结构发生改变,从而使酪蛋白分子聚集在一起形成凝胶。
凝乳酶的作用是非常快速的,只需要几分钟就能使酪蛋白凝固。
胰凝乳蛋白酶是一种消化酶,它能够将酪蛋白分子中的肽键断裂,使其分子结构发生改变,从而使酪蛋白分子聚集在一起形成凝胶。
胰凝乳蛋白酶的作用比凝乳酶慢,需要几个小时才能使酪蛋白凝固。
酪蛋白的酶凝机理是非常复杂的,它涉及到酶的作用、酪蛋白分子的结构和环境因素等多个方面。
在乳制品加工过程中,酪蛋白的酶凝是非常重要的一步,它能够使乳制品获得更好的质量和口感。
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聚丙烯酰胺凝胶电泳的原理聚丙烯酰胺凝胶电泳(Polyacrylamide Gel Electrophoresis,简称PAGE)是一种常用的蛋白质分离和分析技术,它基于蛋白质在电场中的迁移速率差异,通过凝胶筛选和分离蛋白质的方法。
聚丙烯酰胺凝胶电泳的原理可以简单概括为:蛋白质在电场中的净电荷与凝胶孔径和凝胶浓度之间的关系决定了蛋白质的迁移速率,从而实现了蛋白质的分离。
我们需要准备凝胶。
聚丙烯酰胺凝胶是由聚合丙烯酰胺单体构建的三维网络结构,其孔径大小可以通过调整凝胶浓度来控制。
一般而言,较低浓度的凝胶适用于较大分子量的蛋白质分离,而较高浓度的凝胶适用于较小分子量的蛋白质分离。
然后,将样品混合涂抹在凝胶上。
一般来说,我们会将蛋白质样品与缓冲液混合后,使用微量移液器将其滴在凝胶上,然后用电泳仪将凝胶浸入电泳缓冲液中。
接下来,开启电泳电源,通过施加直流电场使蛋白质迁移。
蛋白质在电场中的迁移速率与其净电荷以及凝胶网络孔径和浓度之间的关系密切相关。
净电荷是由蛋白质分子的氨基酸残基决定的,根据蛋白质的异电点(即等电点),蛋白质在特定pH值下会带有正电或负电荷。
当电场施加后,带电的蛋白质会受到电场力的作用而迁移。
由于凝胶的孔径大小不同,不同分子量的蛋白质在凝胶中的迁移速率也不同,从而实现了蛋白质的分离。
电泳结束后,我们可以使用染色剂对蛋白质进行染色或使用特定的探针进行检测。
一般常用的染色剂有银染剂和蓝染剂,它们可以使蛋白质在凝胶上显现出带状图案,便于我们观察和分析。
聚丙烯酰胺凝胶电泳是一种高分辨率的蛋白质分离技术,在生物医学研究和临床诊断中得到广泛应用。
通过聚丙烯酰胺凝胶电泳,我们可以对蛋白质样品进行分离和纯化,进而研究蛋白质的结构、功能以及与疾病之间的关系。
此外,聚丙烯酰胺凝胶电泳还可以用于检测蛋白质的相对含量,对于研究蛋白质表达的变化以及寻找新的生物标志物具有重要意义。
聚丙烯酰胺凝胶电泳是一种重要的蛋白质分离和分析技术,其原理基于蛋白质在电场中的迁移速率差异,通过调节凝胶孔径和凝胶浓度来实现蛋白质的分离。
蛋白凝胶的作用
蛋白凝胶是一种由蛋白质在水中形成的三维网络结构,它的作用是非常重要的。
蛋白凝胶可以被应用在食品、制药、医学等领域,具有以下作用:
1. 增加黏度和稠度。
蛋白凝胶可以增加食品的黏度和稠度,使其口感更佳,增加食品品质。
2. 携带药物。
蛋白凝胶可以作为一种药物载体,将药物包裹在凝胶内,保护药物免受外界影响。
3. 改善流变性。
蛋白凝胶可以改变其流变性,使得经过加工后的食品更具有弹性和可塑性。
4. 抗氧化作用。
某些蛋白凝胶还具有抗氧化作用,可以延缓食品腐败,保护食品品质。
5. 促进伤口愈合。
蛋白凝胶可以用于医学领域,可以促进伤口愈合,减少伤口感染,同时产生保护伤口的作用。
综上所述,蛋白质凝胶在很多领域都有广泛应用,其作用十分重要。
蛋白质电泳的原理
蛋白质电泳是一种常用的蛋白质分离和分析技术,其原理基于蛋白质在电场中带电荷的迁移和分离。
蛋白质电泳通常使用聚丙烯酰胺凝胶(polyacrylamide gel)作为分离介质,这种凝胶可以形成一个网络结构。
在凝胶中形成的网络孔隙根据其大小和结构可以限制蛋白质的迁移速率,从而实现分离。
在蛋白质电泳中,首先将样品中的蛋白质加入到凝胶孔隙中。
然后,将电泳缓冲液中溶解的离子在电场作用下迁移,形成正负两极。
在电场作用下,带有正电荷的蛋白质会向阴极迁移,带有负电荷的蛋白质则向阳极迁移。
不同蛋白质的带电情况和大小取决于它们的氨基酸组成和电荷性质,从而使得不同的蛋白质以不同速率在凝胶中迁移。
迁移过程中,蛋白质会被凝胶中的孔隙所限制,通常较大的蛋白质迁移速率较慢,较小的蛋白质迁移速率较快。
当电泳过程结束后,蛋白质在凝胶中的位置形成了一条蛋白质迁移路径。
为了可视化蛋白质的分离结果,可以使用染色剂如银染剂或脚氏染剂等对凝胶中的蛋白质进行染色,然后通过成像方法如X 射线或紫外线照射来观察分离结果。
蛋白质电泳广泛应用于蛋白质分离、定量和鉴定等领域,如蛋白质组学研究、临床诊断、食品检测等。
钙离子对食品中蛋白质凝胶形成的影响蛋白质凝胶是很多食品中常见的一种结构形态。
它在很多食品加工过程中都起着至关重要的作用,不仅影响着食品的质地和口感,还直接关系到食品的品质和安全。
一、钙离子的作用机制钙离子是一种二价阳离子,具有一定的官能性质。
在食品中,当钙离子浓度达到一定阈值时,会与蛋白质中的阴离子基团(如羧基或磷酸基团)形成交联,从而促使蛋白质凝胶的形成。
钙离子可以与蛋白质中的阴离子基团通过静电相互作用、配位键和氢键等方式发生结合。
这种结合能够使蛋白质分子间产生相互作用,导致蛋白质分子进一步聚集和凝结,形成凝胶结构。
二、蛋白质凝胶对食品的影响1. 提高食品的质感和口感蛋白质凝胶在食品中能够形成柔软、弹性和脆硬的结构,提高食品的口感和质感。
例如,牛奶中的酪蛋白经过加热处理后形成的凝胶,赋予了乳酪、奶油和奶酪等食品独特的细腻口感。
2. 改善食品的稳定性和保存性蛋白质凝胶能够增强食品的稳定性,防止水分和其他成分的迁移和分离。
例如,在肉制品的加工过程中,添加蛋白质凝胶可以有效固定水分和营养成分,延长食品的保鲜期。
3. 提供营养和功能性蛋白质凝胶中富含多种氨基酸和活性肽,具有良好的营养和功能性。
例如,大豆蛋白质凝胶中的异黄酮类物质具有抗氧化和抗癌的作用;鱼胶蛋白贝壳胶凝胶中的胶原蛋白则具有美容养颜的功效。
三、钙离子浓度对蛋白质凝胶形成的影响钙离子的浓度对蛋白质凝胶形成具有重要的影响。
过低的钙离子浓度会导致蛋白质分子间的交联反应过弱,凝胶结构形成不完整,最终影响食品的质感和口感。
而过高的钙离子浓度则会使蛋白质分子间的交联过度,凝胶变得过于紧密和坚硬。
这种凝胶常见于海产品中,如鱼胶等,虽然能够增加食品的稳定性和保存性,但口感较硬,不易咀嚼。
因此,在食品生产中,合理控制钙离子浓度是非常重要的。
根据不同食品的特性和加工需求,科学地选择合适的钙盐并控制其浓度,能够更好地调控蛋白质凝胶的形成,从而获得理想的食品质量。
凝胶过滤法分离蛋白质一、实验目的了解凝胶层析的基本原理,并学会用凝胶层析分离纯化蛋白质。
二、实验原理凝胶过滤其基本原理是利用被分离的分子大小不同及固定相(凝胶)具有分子筛的特点:本实验使用交联葡聚凝胶,其具有一定孔径的网络结构。
高亲水,在水溶液里吸水可膨胀。
当其填充完成后,加入混合分子大小不同的分离液。
由于大分子物质只能沿着胶粒之间的间隙向下流动,所经路短,最先流出;而涌入胶粒内部的小分子物质,受迷宫效应的影响,要经过层层扩散向下流动,所经路程长,最后流出,通透性居中的分子则后于大分子而先于小分子流出。
从而按大到小的顺序流出实现分离的目的。
三、试剂与仪器0.1mol/L磷酸缓冲液(PH7.0),0.4%K3Fe(CN)6,交联葡聚凝胶,鸡的抗凝全血1.5*20cm的层析柱,试管,量筒,大烧杯,玻璃棒四、实验步骤1.凝胶溶胀2.装柱:从层析柱加入缓冲液,打开出口,将气泡赶走,关闭下端开口,然后加入约6cm的缓冲液,灌注凝胶,打开下端开口。
使其自然沉降高度约17cm,并使其床面覆盖缓冲液,关闭出口盖上小形圆形滤纸。
待凝胶形成后,再用缓冲液洗脱2~3次。
3.样品处理4.上样和过滤:吸取约0.5ml混合液,在距离床面1mm处沿管内壁轻轻加入样品。
打开出口,让样品溶液慢慢浸入凝胶内。
凝胶柱面加上一层磷酸盐缓冲液,并用1~2倍体积的此缓冲洗脱。
5.部分收集:控制速度为0.5ml/min左右,用试管收集洗脱液。
并观察柱上的色带,待黄色的0.4%完全脱下来后,再继续收集两管透明洗脱液作对照,关闭出口。
6.凝胶回收:收集样品后,凝胶柱用3~5倍体积洗脱液继续洗脱,从回收凝胶留给下一组。
五、实验现象结果及其讨论颜色:开始时为无色透明,但时间过去,试管中收集的红褐色开始变深,到最后,试管的颜色为深褐色,接着溶液的颜色开始变浅,红褐色几乎要消失。
接着又开始出现浅黄色,再到黄色,再黄色开始慢慢变浅,最后又变成无色透明。
原因:1.开始时,由于先加进缓冲液,而加入的全血扩散没有那么快,所以白色透明液体为缓冲液。
一、实验目的1. 了解蛋白质凝胶电泳的基本原理和操作方法。
2. 掌握蛋白质凝胶电泳的实验步骤和注意事项。
3. 通过蛋白质凝胶电泳实验,分离和鉴定蛋白质样品。
二、实验原理蛋白质凝胶电泳是一种利用蛋白质在电场中迁移速度的差异进行分离和鉴定的方法。
根据蛋白质在凝胶中的迁移速度,可以将蛋白质分为不同的组别。
蛋白质的迁移速度受到多种因素的影响,如分子量、电荷、形状等。
实验中常用的凝胶电泳方法有SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)和琼脂糖凝胶电泳等。
本实验采用SDS-PAGE方法进行蛋白质分离和鉴定。
三、实验材料与仪器1. 实验材料:- 蛋白质样品:待分离和鉴定的蛋白质样品- 标准蛋白质:已知分子量的蛋白质标准品- 电泳缓冲液:Tris-HCl缓冲液、SDS溶液等- 电泳凝胶:聚丙烯酰胺凝胶- 染色剂:考马斯亮蓝R-250、乙醇等2. 实验仪器:- 电泳仪:垂直板电泳仪- 紫外分光光度计- 移液器- 微量离心机- 研钵- 玻璃棒- 玻璃板- 离心管四、实验步骤1. 准备凝胶- 按照实验要求配制聚丙烯酰胺凝胶,包括分离胶和浓缩胶。
- 将配制好的凝胶注入玻璃板,待凝胶凝固后取出。
- 在凝胶上孔道中插入梳子,梳出样品孔和标准孔。
2. 准备样品- 将待分离和鉴定的蛋白质样品与SDS溶液混合,使蛋白质变性。
- 将混合好的样品煮沸5分钟,使蛋白质充分变性。
- 煮沸后的样品冷却至室温。
3. 加样- 将样品和标准蛋白质加入凝胶孔中。
- 将凝胶放入电泳槽中,加入电泳缓冲液。
4. 电泳- 接通电源,进行电泳实验。
- 电泳过程中,观察蛋白质在凝胶中的迁移情况。
5. 染色- 电泳结束后,取出凝胶。
- 将凝胶放入考马斯亮蓝R-250染色液中,染色30分钟。
- 用去离子水漂洗凝胶,直至无蓝色物质。
6. 结果分析- 利用紫外分光光度计检测凝胶中蛋白质的吸光度。
- 根据标准蛋白质的分子量,分析待分离和鉴定的蛋白质样品的分子量。
sds聚丙烯酰胺凝胶电泳作用
SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳是一种分离蛋白质的技术。
其作用机理是利用SDS(十二烷基硫酸钠)使蛋白质分子带负电荷,使其在电场的作用下向阳极运动。
同时,蛋白质在凝胶中也会受到孔隙大小和形状的限制,从而实现分离。
具体步骤如下:
1. 样品处理:将样品加入SDS试剂和还原剂(如β-巯基乙醇)使其带负电荷,并消除二硫键。
2. 凝胶制备:聚丙烯酰胺凝胶通过交联形成孔隙,大小和形状会影响蛋白质的分离。
3. 装载样品:将样品加入凝胶孔隙中,电泳开始前进行加载。
4. 电泳:进行电泳,蛋白质带负电荷向阳极移动分离。
5. 染色:利用染色剂如Coomassie Blue染色,显示蛋白质带的位置。
通过分离蛋白质,可以进行其定量、鉴定和分析,有助于深入了解细胞和生物体的功能。
凝胶层析法分离蛋白质实验报告实验目的:通过凝胶层析法对不同分子量的蛋白质进行分离纯化,掌握凝胶层析的基本原理和操作方法,并熟悉蛋白质纯化过程中的注意事项和常见问题。
实验原理:凝胶层析法是一种蛋白质纯化方法,其基本原理是利用凝胶的三维结构和孔径大小对不同分子量的蛋白质进行分离纯化。
常用的凝胶材料有聚丙烯酰胺凝胶、琼脂糖凝胶、硅胶凝胶等。
在实验中我们采用了聚丙烯酰胺凝胶,其孔径大小是可以控制的,所以利用不同孔径大小的凝胶对不同分子量的蛋白质进行分离。
通常,具有较大分子量的蛋白质被排除在凝胶顶端的孔径较小的区域,而具有较小分子量的蛋白质则可以渗透入较小孔径的凝胶中,因此存在于较深的凝胶层中。
实验步骤:1.准备干燥的聚丙烯酰胺凝胶片,并将其装入凝胶层析柱中。
2.通过密封顶部的小孔,加入显色剂和柠檬酸盐缓冲液制成试样,注意不要将试样直接滴入凝胶中。
3.将制备好的样品通过重力作用,缓慢流经凝胶柱,待所有样品渗透完毕后,收集洗脱出来的蛋白质。
4.将收集得到的蛋白质样品通过SDS-PAGE电泳分析其分子量和纯度。
实验结果:在本次实验中,我们以三种分子量不同的蛋白质作为样品,分别是Bovine Serum Albumin(分子量为66kDa)、Egg Albumin(分子量为44kDa)以及Cytochrome C(分子量为12.4kDa)。
结果显示,我们的分离纯化效果较好,三个分子量不同的蛋白质在凝胶中得到了良好的分离。
而通过SDS-PAGE电泳也证实了每个样品的分子量与预期相符,并且纯度较高。
1.凝胶层析柱和样品的pH值要一致,避免蛋白质发生脱变性。
2.样品加入凝胶层析柱后,立即加入缓冲液,避免样品直接流入凝胶中。
3.收集洗脱出来的蛋白质时要注意,不要将不同分子量的蛋白混杂在一起,否则会影响后续的分析结果。
本次实验还让我们掌握了SDS-PAGE电泳的原理和操作方法,并通过其分析了凝胶层析后的蛋白质纯度和分子量,这对我们的研究工作和生物科学的进一步探索起到了重要的作用。
蛋白质凝胶机理
蛋白质,凝胶:
1 蛋白质凝胶的定义、类型及其凝胶过程中分子构象的变化
蛋白质凝胶的形成可以定义为蛋白质分子的聚集现象,在这种聚集过程中,
吸引力和排斥力处于平衡,以至于形成能保持大量水分的高度有序的三维网络结
构或基体(matrix)。如果吸引力占主导,则形成凝结物,水分从凝胶基体排除出
来。如果排斥力占主导,便难以形成网络结构。
蛋白质凝胶的类型主要决定于蛋白质分子的形状。由于凝胶过程是一个动态
过程,也受外界环境的 pH、离子强度及加热的温度和时间的影响。纤维状蛋白
质分子,如明胶和肌浆球蛋白凝胶的网络结构由随机的或螺旋结构的多肽链组
成。Ledward报道 ,明胶的凝胶网络为线性分子通过形成连接区而形成凝胶网
络。Hermanssan和langton观测到肌浆球蛋白凝胶是由线性分子间形成连接点
而构建成三维网络。球蛋白的热凝胶是由仍保持球形结构的蛋白质分子首尾聚集
而形成的。Tombs认为 球蛋白形成两种类型的凝胶:高度定向有序的 “念珠串
状”网络结构和随机聚集的网络结构。“念珠串状”凝胶外观透明或半透明,
Nakamura报道了大豆蛋白具有这种凝胶的网络结构。这种凝胶是在低离子强度
和远离蛋白质等电点pI的条件下形成的。当环境的离子强度较高及pH接近等电
点pI时,则形成随机聚集的凝胶。然而大多数球蛋白凝胶都具有这两种类型的
凝胶网络,这决定于蛋白质的浓度、环境的pH与离子强度及加热的温度和时间。
蛋白质分子构象的变化是蛋白质分子聚集的先决条件,球蛋白更是如此。在
串状网络结构中发现蛋白质分子仍保持球形构象。经典的球形蛋白质分子展开的
“两种状态”理论认为仅存住两种状态的蛋白质:未变性的蛋白质和高度变性的
无序蛋白质一现在已经证明,存从无序状态向未变性状态展开的路径中明显存在
一动态的中间体。已经发现相似的中间体状态存在于低pH(或高pH)的平衡条件
下、适当浓度变性剂的条件下和高温度的条件下。这种中间体状态被称为“熔融
球蛋白状态”,它被定义为含有与未变性状态相似的二级结构而三级结构展开的
紧凑的球形分子。从受热时的未变性状态到熔融球蛋白的转变及这种部分变性的
形式主要与热凝胶的形成有关。
2形成蛋白质热凝胶的作用力
蛋白质凝胶是变性的蛋白质分子间排斥和吸引相互作用力相平衡的结果。一
般认为,形成和维持蛋白质凝胶的作用力主要是疏水相互作用、氢键、静电相互
作用等物理作用力,但含有巯基的蛋白质分子间 SH-SS交换反应也可能对蛋白
质的凝胶作用有贡献。
2.1 疏水相互作用
蛋白质受热时包埋的非极性多肽暴露出来,从而增强了I临近多肽非极十牛
片段的疏水相互作用:因而,平均疏水性(例如蛋白质中疏水氨基酸的比率)应该
影响凝胶的形成过程 I Shimada和Matsushita等 报道,含有高于31.5%克分
子 分数的非极性氨基酸残基的蛋白质形成凝结型凝胶.而那些含有低于31.5%
克分子百分数的非极性氨摹酸残基的蛋白质则形成半透明型凝胶。这种分类方法
清楚地表明疏水相互作用对凝胶形成的重要性和从蛋白质的氨基酸组成预测凝
胶特性的可能性。但是 Maria Babajimopoulos等 认为疏水相互作用和静电相
互作用对于大豆分离蛋白凝胶的形成是可以忽略的.
2.2 氢键
有关氢键对蛋白质凝胶形成的作用,不同的研究者得到的结论相似。
Catsimpoolas和Meyer报道.用6mol/L的尿素处理预凝胶,抑制r大豆分离
蛋白冷却时形成凝胶,因此认为氢键和疏水相互作用是形成凝胶的主要作用力。
但是高浓度的尿素可能导致蛋白质严重变性,破坏了蛋白质的二级结构,而二级
结构x,j-于球蛋白形成凝胶来说是必需的,因为氢键是形成与凝胶有关的B一
折叠结构的主要作用力.Maria Babajimopoulos等认为与大豆分离蛋白凝胶过程
有关的主要作用力是氢键和范德华力,而疏水相互作用和静电相互作用可以忽
略:Shigeru Utsumi等也报道氢键是大豆11S球蛋白、7S球蛋白和大豆分离蛋
白凝胶的形成及维持凝胶网络结构的最重要的物理作用力。
2.3 静电相互作用
静电相互作用通常在蛋白质聚集过程中表现为相互排斥力,特别是在体系仅
含有一种蛋白质或含有相似等电点的不同种蛋白质的情况下。pI时蛋白质的净
电荷为零,当环境的pH接近pI时,蛋白质分子快速随机的聚集,因而很容易形
成凝结块 在pH条件远离pI时,由于存在较高的净负电荷,静电排斥力占主导,
蛋白质分子的聚集不会发生。当体系的pH处于pI和极端pH的中间区域时,静
电排斥力和相互吸引作用力 (主要是疏水相互作用)很好地平衡,从而形成凝胶
网络…。凝胶中静电排斥力的重要性已被在介质中添加盐类所证实.即在pH远
离pI的条件下,加入盐类屏蔽了蛋白质分子表面过剩的电荷,并使蛋白质间连
接形成纤细的“念珠串”状网络结构。然而,在介于pI和极端pH中间的pH条
件下,加入盐类打破了吸引力和排斥力间的平衡.导致形成聚集体或凝结块。
2.4 二硫键
Koseki等证实,即使一些蛋白质的SH—SS间的交换反应被抑制,凝胶的形
成也是可能的,因此他们认为分子间的共价二硫键(S—S)不充当起始的凝胶网络
的骨架。Shigeru Utsumi等也认为SH-SS间的交换反应对于大豆11S凝胶的形
成是不必要的,但对于形成强的弹性凝胶很重要。由凝胶的溶解性试验表明,通
过形成分子间的二硫键可以获得凝胶网络的物理完整性。二硫键是否在凝胶网络
的连接区形成或它们仅仅有助于增加多肽的有效链长目前还不清楚。但在后一种
情况下,长的多肽链很容易缠绕在一起,因而在凝胶网络内加强了非共价键的形
成。
3蛋白质凝胶的应用
3.1 蛋白质凝胶在吸水凝胶方面的应用
吸水凝胶是一种通过水合作用迅速吸收大量水分而成凝胶状的不溶性亲水
高聚物。它能吸收自身重量数十倍甚至数千倍的液体,同时具有较强的保液能力。
目前国内外研究和应用最多的主要是聚丙烯酸与聚丙烯腈类高吸水凝胶,这类凝
胶有很好的持水能力,不足之处是它们不可生物降解,并且自身含有未反应的有
毒单体,在应用上受到一定的限制。近10年来,已有化学改性蛋白质凝胶被用
于制备吸水材料,因为蛋白质无污染,是可生物降解的天然物。Hwang等通过乙
二胺四乙酸二酐改性大豆蛋白,经戊二醛交联得到最大吸水量可达自重300多倍
的吸水凝胶。
Rathna等进一步研究了用乙醇处理的EDTAD改性大豆蛋白和鱼蛋白凝胶。
所得凝胶的最大吸水量可达自重的400多倍,乙醇还可除去凝胶中的水分,萃取
蛋白凝胶中低分子
量臭味物质和凝胶中未反应的戊二醛。刘琼等∞则在制备EDTAD改性明胶蛋
白凝胶时重点探讨酰化前蛋白质预处理,通过紫外一可见分光光度法确定了酰化
反应的工艺条件蛋白质浓度为l%,pH值为12,酰化反应时间为2~3m。酰化改
性明胶制得的水凝胶,其吸水量最大可达自重的100多倍。研究还发现此水凝胶
体系有pH敏感性,可用作药物控释的载体。
3.2蛋白质凝胶在智能凝胶方面的应用
智能型水凝胶是一类对外界刺激能产生敏感响应的水凝胶,外界刺激可以是
温度、pH值、溶剂、盐浓度、光、化学物质等。根据对外界刺激的响应情况,
智能型水凝胶分为:温度敏感型水凝胶、pH敏感型水凝胶、光敏感型水凝胶、
压力响应型水凝胶、生物分子响应型水凝胶等。由于敏感型水凝胶的这种智能性,
其在药物缓释、蛋白质的分离提纯、人工肌肉等方面有着广阔的应用前景智能凝
胶以合成材料为主,近年,以蛋白质或蛋白质经改性后制得对环境产生敏感响应
的凝胶开始出现。WaitercMstin水发现LEA—l蛋白加入水能生成水凝胶。该水
凝胶可作为吸收材料的有效组成、皮肤治疗剂、药物或化妆品赋形剂、改善食物
吸湿和保湿作用的添加剂、保持生物分子完整性的防冻剂、增强有机体抗干渗透、
耐热性和耐寒性的材料。丝心蛋白和壳聚糖共混,与戊二醛交联制得半互穿网络
结构的智能水凝胶,其可用作非诺洛芬钙缓释制剂的载体嗍。周英辉等嗍明胶/
海藻酸钠聚合物交联互穿网络作为基材,制备了一种pH敏感型微胶囊药物制剂。
该制剂在酸性环境中释放百分率较小,而在碱性环境中为突释型制剂,释放率升
高,体现了蛋白质的特性,适用于在酸性环境中需要保护药效、在碱性环境中发
挥药效的药物。
3.3蛋白质凝胶在组织工程材料等方面的应用
蛋白质凝胶还可应用于组织工程基材、创伤敷料和合金
膜等生物材料方面。高学军等闭以戊二醛为交联剂,利用冻干工艺制得的胶
原海绵可用于生物杂化人工皮肤组织工程的研究。国外有文献报道,将转化生长
因子引入到胶原海绵中,可以释放具有生物活性,这种海绵体材料是骨修复的理
想材料吲。马芳制备了一种丝素/明胶共混膜,随着明胶含量的增加,共混膜的
溶胀率、透气性、热稳定性都有所提高,改善了原有丝素膜的性能。邹勇等溯制
备的明胶一壳聚糖合金膜是一种优质的皮外覆盖材料。何兰珍等阿通过冷冻壳聚
糖一明胶共混液诱导相分离的方法,制备了多孔性、亲水性、透气性良好的壳聚
糖一明胶海绵状伤口敷料。